экономнолегированный электрод марки 48xh-7 для сварки высокопрочных хладостойких низколегированных сталей

Формула изобретения

Электрод для сварки высокопрочных хладостойких низколегированных сталей, включающий стержень из проволоки марки Св-10ГНА и покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок и жидкое натриевое стекло, отличающийся тем, что покрытие содержит дополнительно железный порошок, комплексную лигатуру, рутиловый концентрат и никелевый порошок при содержании компонентов в покрытии в следующем соотношении, мас.%:

Мрамор	35,2-48,6
Плавиковый шпат	17,0-24,0
Кварцевый песок	4,0-10,0
Рутиловый концентрат	6,0-12,0
Железный порошок	10,0-15,0
Никелевый порошок	0,4-0,8
Комплексная лигатура	8,0-12,0
Жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси)	23,0-28,0

при этом комплексная лигатура содержит элементы в следующем соотношении, мас.%

Титан	25,00-35,00
Кремний	2,00-6,00
Алюминий	9,00-15,00
Марганец	8,00-12,00
Церий	0,02-1,00
Бор	0,50-1,50
Железо	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства сварочных материалов и может быть использовано в различных областях промышленности для сварки хладостойких высокопрочных низколегированных сталей с пределом текучести от 400 до 600 МПа.

Известны электроды, используемые для указанной цели в соответствующих отраслях промышленности типа Э-138/50Н.

Наиболее близким к заявочному электроду по назначению и составу компонентов, и взятым в качестве прототипа, является электрод марки Э-138/50Н типа Э50А ("Электроды для дуговой сварки сталей и никелевых сплавов", И.А.Закс, изд. СПб: "WELCOME", 1996 г., стр.336, 337), состоящий из стержня - проволоки марки Св-10ГНА и электродного покрытия, содержащего в мас.%:

Мрамор	53
Плавиковый шпат	22
Кварцевый песок	9
Ферротитан	15
Ферросилиций	1
Жидкое стекло натриевое
(к массе сухой шихты)	28-30

Основным недостатком этих электродов является ограниченная хладостойкость металла шва до минус 20°С, повышенная склонность его к образованию пор, а также низкие сварочно-технологические свойства.

Техническим результатом изобретения является создание электрода для сварки низколегированных высокопрочных хладостойких сталей, работающих при температурах до минус 60°С, обеспечивающего в металле шва высокие механические характеристики и низкую склонность к пористости.

Технический результат достигается тем, что электрод марки 48ХН-7, состоящий из стержня-проволоки марки Св-10ГНА и электродного покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок и стекло натриевое, дополнительно содержит рутиловый концентрат, никелевый порошок, комплексную лигатуру и железный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор	35,2-48,6
Плавиковый шпат	17,0-24,0
Кварцевый песок	4,0-10,0
Рутиловый концентрат	6,0-12,0
Железный порошок	10,0-15,0
Никелевый порошок	0,4-0,8
Комплексная лигатура	8,0-12,0
Жидкое стекло натриевое
(к массе сухой смеси)	23,0-28,0

при этом комплексная лигатура содержит элементы в следующем соотношении, %:

Титан	25,00-35,00
Кремний	2,00-6,00
Алюминий	9,00-15,00
Марганец	8,00-12,00
Церий	0,02-1,00
Бор	0,50-1,50
Железо	остальное

Введение в покрытие лигатуры в количестве 8-12% по массе обеспечивает содержание в металле шва 0,0015-0,0025% бора, 0,02-0,03% титана, 0,01-0,03% алюминия, что повышает его хладостойкость. Работа удара металла шва при температуре минус 60°С более 47 Дж.

Повышение сварочно-технологических характеристик электродов и снижение склонности металла шва к пористости, объясняется введением в покрытие железного порошка и рутилового концентрата, которые совместно с композицией мраморплавиковый шпаткварцевый песок позволяют получать благоприятное формирование металла шва, самопроизвольную отделимость шлаковой корки.

Введение в покрытие железного порошка приводит к повышению производительности сварки (коэффициент наплавки 10 г/Ач) и низким потерям электродного металла (коэффициент потерь менее 1,5%). Увеличение содержания железного порошка в покрытии (более 15%) затрудняет производство сварки в положениях, отличных от нижнего. Введение в покрытие рутилового концентрата в количестве 6-12% позволяет получить наряду с хорошими сварочно-технологическими свойствами и высокой стойкостью металла шва к порообразованию, гарантированное содержание 0,02-0,03% титана в металле шва. Увеличение содержания в покрытии рутилового концентрата более 12% приводит к повышению содержания в металле шва титана и как следствие снижению механических характеристик металла шва.

Введение в покрытие никелевого порошка 0,4-0,8% и комплексной лигатуры 8-12% позволяет получить оптимальное легирование, микролегирование, модифицирование и раскисление металла шва, а также перлитно-ферритную мелкозернистую структуру. Увеличение содержания никелевого порошка в покрытии (более 0,8%) приводит к повышению прочностных характеристик металла шва.

Увеличение содержания комплексной лигатуры в покрытии, более 12% приводит к избыточному микролегированию металла шва и как следствие к снижению работы удара и склонности к трещинообразованию. При недостаточном микролегировании и легировании металла шва (содержание комплексной лигатуры в покрытии менее 8%) снижается работа удара, что вызвано увеличением размера зерна и уменьшением в структуре количества игольчатого феррита и бейнита.

Был проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по изготовлению, испытанию и практическому опробованию электродов для сварки высокопрочных хладостойких низколегированных сталей. Были выполнены слитки стали марки 10ГНА с химическим составом, приведенным в таблице 1, из которых путем ковки с последующей прокаткой и волочением получены металлические стержни 4 мм.

Электроды были изготовлены в опытном производстве на установке для производства покрытых электродов швейцарской фирмы "Эрликон".

Опытные образцы электродов испытывались на высокопрочных хладостойких низколегированных сталях марки F500 и стали марки Ст3сп.Сварку производили на постоянном токе обратной полярности без предварительного подогрева. Режимы сварки были следующими: Iсв.=150-170 А, Uд=22-24 В, положение шва нижнее. Межпроходная температура составляла 80-120°С. Визуальный осмотр и радиографический контроль металла шва показал отсутствие недопустимых дефектов: трещин, непроваров, прожогов, крупных неметаллических включений.

Из металла сварных швов, полученного электродами предлагаемого и известного составов, изготовлены и испытаны образцы для определения химического состава и механических свойств.

Химический состав покрытий предлагаемого и известного сварочного электрода представлены в таблице 2. Данные сравнительных испытаний механических свойств металла шва представлены в таблице 3.

Таблица 1
Химический состав стали марки 10ГНА
С	Si			Mn		Cr			Ni		S			Р
Н.б.0,12	0,15-0,35			0,9-1,2		Н.б. 0,2			0,9-1,2		Н.б. 0,012			Н.б. 0,015
Таблица 2
Химический состав покрытий известного и заявленного электродов
Состав	№	Состав покрытия, мас.%
		Плавиковый шпат	Кварцевый песок		Рутиловый конц.		Ферротитан	Ферросилиций		Лигатура		Железный пор.	Никелевый пор.		Мрамор	Жидкое стекло
Заявляемый	1	24	10		12		-	-		8		10	0,8		35,2	23
	2	20	7		9		-	-		10		15	0,6		38,4	25
	3	17	4		6		-	-		12		12	0,4		48,6	28
Изв.	4	22	9		-		15	1		-		-	-		53,0	28-30

Таблица 3
Результаты сравнительных испытаний известных и заявляемых электродов
Состав	№	Механические характеристики металла шва							Сварочно-технологические характеристики
		02, МПа	в, МПа	, %	Работа удара KV, Дж
					Т=0°С	Т=-20°С	Т=-40°С	Т=-60°С	Кол-во пор (св. тавр. пробы)	Производит.	Отд. шлака
Заявляемый	1	490	590	27	134	102	65	53	0	10 г/Ач	Хор. 100%
	2	530	610	24	165	130	124	105	0	10 г/Ач	Хор. 100%
	3	502	602	25	125	115	75	68	0	10 г/Ач	Хор. 100%
Изв.	4	450	560	24	80	50	25	16	15	8,5 г/Ач	Уд. 70%
Примечание: 1. Данные усреднены по результатам испытаний трех образцов на одну точку.

Результаты сравнительных испытаний показывают, что заявленный состав по сравнению с известным позволяет получить более высокие прочностные характеристики и хладостойкость металла шва. Кроме того, заявленный электрод обеспечивает более высокие сварочно-технологические характеристики электродов и отсутствие пористости в металле шва.

Технико-экономический эффект от использования изобретения выразится в повышении надежности и долговечности установок за счет повышения хладостойкости металла шва и снижения пористости, а также снижения трудоемкости сварочных работ за счет повышения сварочно-технологических характеристик электрода.